МИНИСТЕРСТВО  ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

Национальный  аэрокосмический  университет им. Н.Е. Жуковского

«Харьковский  авиационный институт» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат 
 
 
 

« Применение сервоприводов в упаковочном оборудовании» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:

студентка 432гр. Щербань А.А. 

Проверила:

Московская  Н.М. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2009 

Содержание: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Применение сервоприводов в упаковочном оборудовании 
 
 

Рассматривается замена асинхронного частотно-регулируемого электропривода и электромагнитной муфты на сервопривод в механизме дозатора линии упаковки сыпучего продукта. Анализируются преимущества использования сервоприводов с позиции основных характеристик упаковочного оборудования — производительности и точности дозирования. Приводятся возможные варианты организации системы управления.

Введение

Крупнейший мировой производитель хлебопекарных дрожжей и добавок, улучшающих качество хлеба, — французская компания Lesaffre в 1995 году открыла свое представительство в Санкт-Петербурге, а в 1998 году был создан российский филиал — ООО «Саф-Нева» (рис. 1). Сегодня компания успешно развивается и является одной из самых известных французских фирм, представленных на рынке России. Важной составляющей успеха компании является наличие производственного оборудования, отвечающего высоким требованиям к производительности и качеству выпускаемой продукции. Существенная доля производственных мощностей занята в технологических процессах по упаковке хлебопекарных дрожжей. Стремление адекватно реагировать на растущие потребности российского рынка вызывает необходимость в обновлении и модернизации оборудования технологических линий и комплексов. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Задачи модернизации упаковочного оборудования

Основным функциональным узлом любой линии упаковки сыпучих продуктов является дозатор. Именно его работой определяются главные выходные характеристики линии в целом — производительность и точность дозирования. Различия в конструктивном исполнении дозаторов, их механических и динамических свойствах, а также в организации системы управления отличают одни линии от других. В данном случае модернизации подлежит высокопроизводительная линия, осуществляющая упаковку заданной дозы (веса) мелкогранулированного сыпучего продукта в пакеты из пленки. Вес одного пакета готовой продукции задаётся оператором в соответствии с установленными нормами и, как правило, составляет 50 или 100 грамм. Время выполнения полного технологического цикла линии при средней заданной производительности — менее 1 секунды. Максимальная допустимая погрешность дозирования — менее 1%.

Собственно дозатором в рассматриваемой линии является вертикально расположенный шнек. До модернизации (рис. 2) шнек приводился в движение асинхронным двигателем, сопряжение вала которого со шнеком производилось через передаточный механизм с электромагнитной муфтой. Вал двигателя вращался постоянно с заданной скоростью, а шнек механически входил в сцепление один раз за цикл при включении электромагнитной муфты. Производительность линии в такой схеме определяется скоростью вращения шнека, а доза — продолжительностью сопряжения шнека с постоянно вращающейся частью передаточного механизма.

Система управления линией построена на базе программируемого логического контроллера (ПЛК) CQM1H фирмы Omron, содержащего в своем составе встраиваемую плату ввода-вывода импульсных сигналов (CQM1H-PLB21), встраиваемую плату последовательного канала связи (CQM1H-SCB41) и необходимый набор модулей ввода-вывода дискретных сигналов (рис. 3). Управление скоростью вращения вала асинхронного двигателя осуществлялось от преобразователя частоты, по команде контроллера, через последовательный канал связи (CQM1H-SCB41). Команда на  включение электромагнитной муфты поступала от модуля вывода дискретных сигналов CQM1-OD212. Для коммутации внешних устройств, ток которых превышает токи модулей ввода-вывода ПЛК, были применены реле OMRON серии G2R и 3GNA-410B-DC5-24 (полупроводниковые реле). Цепи управления получают питание от импульсных источников OMRON S82K-05024. В контуре положения использовался импульсный датчик с разрешением 100 импульсов на оборот. Датчик положения был установлен на валу передаточного устройства и осуществлял выдачу импульсов в контроллер посредством модуля CQM1H-PLB21. Для организации человеко-машинного интерфейса (ввода и отображения информации) используется программируемый символьный терминал.

Алгоритм работы линии в данном случае достаточно простой. В начале каждого цикла упаковки включалась электромагнитная муфта и вводила в зацепление шнек дозатора с вращающейся частью передаточного устройства. Угол поворота шнека отслеживался импульсным датчиком угла поворота. Импульсы датчика подсчиты-вались контроллером и при достижении ими заданного количества (в соответствии с установленной дозой) программируемый контроллер через модуль вывода дискретных сигналов подавал команду на выключение муфты. Муфта выводила шнек из механического зацепления и последний останавливался, завершая тем самым наполнение одного пакета. Затем после выполнения технологических операций по отделению и формированию следующего пакета цикл повторялся. Асинхронный двигатель при этом вращался в течение всего времени работы линии, не останавливаясь на каждом цикле.При всей простоте и прозрачности алгоритма работы механизмов системы такое решение обладает рядом недостатков. С точки зрения обслуживание линии.

Крометого, такая линия требует повышенного внимания со стороны обслуживающего персонала за контролем веса выходной продукции. 

поиск возможного

решения

Линии, подобные рассматриваемой, нередко используются без электромагнитной муфты. В таких случаях на асинхронный электропривод возлагается как задача управления скоростью вращения шнека, так и его позиционирование, то есть асинхронный электропривод работает в циклическом режиме. На каждом цикле преобразователь частоты разгоняет машину до заданной скорости, стабилизирует её, а затем по команде контроллера переводит в режим торможения. Выдача команды торможения, как и в первом варианте, определяется по датчику положения. Недостатком этого варианта по сравнению с предыдущим следует считать тяжёлый режим работы асинхронного двигателя. Напомним, что продолжительность каждого цикла при средней производительности не превышает одну секунду. Ввиду короткого времени работы на установившейся скорости двигатель регулярно находится в переходных режимах пуска и торможения. Это приводит не только к нагреву двигателя, но и в значительной мере осложняет настройку привода. Таким образом, асинхронный электропривод накладывает ограничение на увеличение производительности линии при сохранении заданных требований к точности дозирования. В такого рода задачах предпочтение отдают сервоприводам переменного тока.

Применение сервоприводов в станочной сфере — явление не новое. В большинстве случаев благодаря их использованию достигаются наилучшие характеристики систем автоматизации и нередко их применение является единственно приемлемым. Современный сервопривод способен управлять скоростью, моментом и положением. Принцип его действия

позволяют применять сервоприводы в основном на тех объектах, где предъявляются высокие требования к динамике и точности работы электромеханических систем. Дозатор рассматриваемой упаковочной линии относится именно к такому классу объектов.

Использование сервопривода в управлении дозатором кардинально меняет подход к наличию и учёту погрешности дозирования.  В отличие от предыдущих вариантов из системы исключается не только электромагнитная муфта, но и весь ранее использовавшийся передаточный механизм. Теперь вал сервомашины жёстко сочленяется    непосредственно со шнеком доза-  Р 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ис. 4. Технологическая линия TME500P тора. Такой конструктив освобождает систему от наличия описанных погрешностей. В данном случае шнек, вал сервомашины и датчик положения находятся на одной оси (рис. 4, 5).

Для организации системы управления не требуется дополнительного оборудования. Более того, на основе имеющихся модулей программируемого контроллера возможны различные варианты решения. В первом из них (рис. 6) программируемый логический контроллер подаёт сигналы управления на преобразователь сервопривода через модуль вывода дискретных сигналов CQM1-OD212. В частности, подаются три дискретных сигнала, один на пуск сервопривода в работу (RUN), а два других — на переключение скорости с заданной (SPD2) на нулевую (SPD1).        Импульсный датчик угла поворота (вмонтирован в корпус серводвигателя) подключается только к преобразователю сервопривода.

Такой вариант решения является самым простым из всех возможных. По существу, дискретные сигналы, приходящие в прежнем решении от ПЛК на управление электромагнитной муфтой (включение/выключение), теперь поступают на сервопривод (устанавливают заданную и нулевую скорость). Требуемая скорость сервопривода в данном варианте уста 
 
 
 

серии OMNUC W фирмы Omron мощностью 1000 Вт (модель R88D-WT10HF) с серво-машиной R88M-W85015F-S2 (1500 об./мин). Сервомашина снабжена встроенным семнадцатиразрядным инкрементным датчиком положения.

На рис. 7 представлены осциллограммы скорости: 1 — заданная скорость (Speed Command) и 2 — реальная скорость шнека, значение которой определяется датчиком положения (Feedback Speed). Сигнал TGON меняет своё состояние, когда скорость сервомашины превышает некоторое заранее запрограммированное значение (Rotation speed for motor rotation detection). В данном случае этому параметру было установлено значение 1 оборот в минуту (минимальное из возможных). Из представленных осциллограмм следует, что при таком варианте решения отсутствует ошибка, вносимая сервоприводом в погрешность дозирования. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

При проведении эксперимента производилась упаковка пакетов весом 100 грамм (максимальная технологическая доза). Видно, что при таком весе при скорости привода 1000 оборотов в минуту собственно процесс дозирования протекает менее 0,6 секунды (рис. 7, кривая 3). Значения параметров переходных процессов по скорости позволяют сделать вывод о существенном запасе производительности (выбранный сервопривод способен работать на скоростях до 3000 оборотов в минуту). Во время дальнейшей эксплуатации линии привод продемонстрировал высокое качество работы при различных заданных дозах и требуемой производительности.

До модернизации линия была способна паковать с заданной погрешностью не более 50 пакетов в минуту, независимо от их веса (50 или 100 г).

На данный момент производится упаковка пакетов весом 100 г по 55 штук в минуту, а пакетов весом 50 г — 60 штук в минуту, что соответствует увеличению плановой производительности на 5 и 10%. С момента сервоприводах OMNUC \¥ можно внешним аналоговым сигналом ±10 В. Однако при этом в систему управления линией потребуется добавить модуль вывода аналоговых сигналов. В данном случае при применении ПЛК CQM1H можно использовать модуль CQM1-DA021 совместно с источником питания CQM1-IPS01. С технической точки зрения, этот вариант является достаточно гибким с позиции формирования сигнала задания скорости.

Рассмотренные варианты сходны между собой. Отличие заключается способе задания скорости: внешним аналоговым сигналом или                переключением ступеней скорости посредством внешнего дискретного сигнала. 
 
 

Вывод

и рекомендации

Динамические характеристики сервоприводов позволяют удовлетворить высокие требования к производительности и точности работы современных автоматизированных линий для упаковки сыпучих продуктов. Установка сервома-шины непосредственно на вал исполнительного механизма дозатора высвобождает из состава линии оборудование с низким жизненным ресурсом (электромагнитные муфты, передаточные устройства, редукторы), вносящее в конечном итоге погрешность в процесс дозирования. В современных машинах для упаковки продуктов сервоприводы используются не только в механизмах дозаторов, но и в электромеханических системах подачи упаковочного материала. Это способствует более существенному росту производительности технологических линий, гибкости в настройке при переходе к другим видам сырья и упаковочных материалов.